Die Schwerkraftspeicherung ist eine Art von Energiespeicherung für lange Zeit. Das künftige Entwicklungspotenzial dieser Technologie zur Speicherung von Energie mit längerer Lebensdauer und in größerem Maßstab ist unermesslich.
1. Energiespeicherung am Kran
Ein 70 Meter hoher Kran steht in der endlosen Wüste. An sechs mechanischen Auslegern hängen etwa 30 Tonnen Ziegelsteine, die langsam von oben nach unten fallen. Die Ziegel bestehen aus Bergwerksabfällen, Kohleasche und anderen Abfällen. Dies ist der erste Prototyp eines Schwerkraftspeichers in Arbedo-Castione, Schweiz, und eine großartige Initiative von Energy Valut.
Im Jahr 2022 wird die EV Company von hohen Türmen auf 20-stöckige Ungetüme umsteigen - modulare Gebäude (EVRC). Diese kristallene Festung, die wie Bauklötze aufgebaut ist, steuert die Einspeisung und Abgabe von Strom durch den mechanisierten Prozess des "Auf- und Absteigens" und ein Energiemanagementsystem zur Speicherung und Abgabe von Strom.
2. Energiespeicherung im Aufzug
Letztes Jahr schlugen Wissenschaftler des Internationalen Instituts für angewandte Analyse in Österreich das Konzept des "Aufzugs" vor Energiespeichertechnologien (LEST). Bei der Energiespeicherung in Aufzügen gibt es in der Regel zwei miteinander verbundene Speicher, einen am Fuß eines Hochhauses und einen am oberen Ende des Gebäudes. Die Energie wird gesammelt, wenn der Aufzug nach unten fährt, und freigesetzt, wenn der Aufzug nach oben fährt.
Im Allgemeinen gilt: Je schwerer das vom Aufzug beförderte Objekt ist, desto größer ist die potenzielle Schwerkraftenergie und desto mehr elektrische Energie wird umgewandelt. Daher müssen einige schwere Gegenstände im Aufzug gelagert werden.
Einige werden sagen, dass dies zu mühsam ist: Erstens nehmen schwere Gegenstände die Zeit und den Raum der Menschen in Anspruch, und zweitens muss der Aufzug eine Reihe von Hin- und Herschlepparbeiten durchführen, was einfach nicht machbar ist.
In Wirklichkeit ist das nicht der Fall. Das Energiespeichersystem des Aufzugs ist sehr intelligent. Es bestimmt die tägliche Nutzung des Aufzugs. In Zeiten, in denen der Aufzug weniger genutzt wird, oder während eines Zeitfensters, werden schwere Gegenstände befördert, und der damit ausgestattete Anhängerroboter ist auch für das Aufnehmen schwerer Gegenstände zuständig. Schwere Gegenstände werden in der Regel in einigen abgelegenen Räumen gelagert.
3. Energiespeicherung im Bergwerk
Im Februar dieses Jahres schlug das oben erwähnte österreichische Team eine unterirdische Schwerkraft-Energiespeichersystem (UGES) auf der Grundlage von Bergwerken. Wenn die Strompreise hoch sind, kann Sand in unterirdische Minen gefüllt werden, um Strom zu erzeugen. Wenn die Strompreise billig sind, wird Sand aus dem Bergwerk entnommen, um Energie zu speichern.
Das unterirdische Schwerkraftspeichersystem besteht aus Schächten, Elektromotoren, Generatoren, oberen und unteren Speicherpunkten und Bergbauausrüstung. Die Generatoren auf beiden Seiten des Schachts bewegen jeden Aufzug nach oben und unten, wobei sie auf dem Weg nach unten Strom erzeugen und einen Teil des Stroms auf dem Rückweg nach oben nutzen.
Um maximale Effizienz zu erreichen, lädt der Elevator den Sand an der Oberfläche auf, entnimmt ihn am Boden der Mine und kehrt leer zurück. Die Elevatoren befördern auch einen Teil des Sandes zurück an die Oberfläche, wenn überschüssige Energie im Netz vorhanden ist.
Im Allgemeinen gilt: Je tiefer, breiter und größer das Bergwerk, desto größer ist die Energiespeicherkapazität und desto mehr Strom steht zur Verfügung.
4. Energiespeicherung im Schienenverkehr
Im April 2016 erhielt das amerikanische Energieunternehmen Advanced Rail Energy Storage (ARES) vom Bureau of Land Management in Nevada den Zuschlag für ein $55-Millionen-Projekt zur Nutzung von Eisenbahnlokomotiven als Energiespeicher.
Das Unternehmen baute eine sechs Meilen lange, bergauf führende Bahnstrecke mit schwer beladenen Lokomotiven aus massivem Maschinenbeton, die jeweils etwa 4.300 Tonnen wogen und eine Höchstgeschwindigkeit von 16 Meilen pro Stunde erreichen konnten. Bei der Stromspeicherung wird die verbleibende Elektrizität verwendet, um die Lokomotive zur "Station" am oberen Ende des Hangs zu schieben, und die elektrische Energie wird als potenzielle Gravitationsenergie gespeichert; bei der Stromerzeugung wird die Lokomotive bergab gefahren, und die potenzielle Gravitationsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt, um die Stromerzeugung zu starten.
Es wird geschätzt, dass die Konfigurationskosten dieses Systems etwa 60% der Kosten eines Pumpspeicherkraftwerks mit gleicher Leistung betragen und die Lebensdauer 40 Jahre beträgt. Das Unternehmen gab außerdem bekannt, dass der Umwandlungswirkungsgrad des Systems bei 86% liegt.
5. Energiespeicherung in Seilbahnen
Aus der Ferne sieht die "Seilbahn-Energiespeicherung" wie eine Bergbahn aus. Die Seilbahn-Energiespeicherlösung wurde erstmals 2019 vorgeschlagen und besteht aus steilen Hängen, Kränen, Lagerbehältern (Abfall, Sand und Kies), Kabeln usw.
Das Prinzip der Stromspeicherung ähnelt dem der "Energiespeicherung auf der Schiene". Bei der Stromspeicherung wird der verbleibende Strom für den Antrieb des Motors verwendet, um die mit Sand und Kies gefüllte Seilbahn vom Fuß des Abhangs zum Gipfel des Berges zu bewegen, wobei die elektrische Energie in potenzielle Gravitationsenergie umgewandelt wird.
Bei der Stromerzeugung wird die Seilbahn von der Bergspitze bis zum Boden abgesenkt und die potenzielle Energie in elektrische Energie umgewandelt.
Darüber hinaus kann es auch mit Wasserkraft kombiniert werden, um den Speicherbehälter während der Spitzenzeiten des Stromverbrauchs mit Wasser zu füllen, wodurch eine langfristige Energiespeicherung erreicht und kontinuierlich Energie für mehrere Monate gespeichert werden kann. Öffentliche Daten zeigen, dass die Energiespeicherkapazität 0,5-20MWh erreichen kann und die Stromerzeugungsleistung 500~5000kW beträgt.
6. Energiespeicherung in der Tiefsee
Im Jahr 2016 führte das vom deutschen Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) entwickelte neue Ozeanpumpspeichersystem seinen ersten Wassertest am Bodensee an der deutschen Grenze durch.
Das Funktionsprinzip: Eine Hohlkugel mit einem Durchmesser von 30 Metern, einer Wandstärke von 2,7 Metern und einer Speicherkapazität von 12.000 Kubikmetern wird auf dem Meeresboden platziert und nutzt in der Tiefsee unter hohem Druck stehendes Meerwasser zur Energiespeicherung.
Bei der Energiespeicherung wird das Meerwasser mit einer elektrischen Pumpe aus der Kugel gepumpt. Bei der Stromerzeugung strömt das Meerwasser unter hohem Druck aus dem Rohr in die Hohlkugel und treibt die Turbine zur Stromerzeugung an.
Damals starteten die Forscher einen vierwöchigen Tiefseetest im Bodensee. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass bei gleichem Volumenzuwachs die Stromspeicherkapazität linear mit der Tiefe zunimmt. In 700 Metern Tiefe beträgt die Speicherkapazität eines Offshore-Energiespeichers mit einem Durchmesser von 30 Metern etwa 20 MWh.
In Küstengebieten, insbesondere in Küstennähe in dicht besiedelten Gebieten wie der Bohai-Seeregion, gibt es ein großes Potenzial für den Einsatz von Pumpspeichersystemen im Meer.
7. Energiesparlampe
Die Energiespeicherung durch Schwerkraft wird nicht nur in industrielle Energiespeicherung und kommerziellen Bereichen, sondern zielt auch auf die Erschließung von Wohnraum ab. Während wir die Annehmlichkeiten der Elektrizität genießen, gibt es immer noch mehr als 1,3 Milliarden Menschen auf der Welt, etwa 18% der Bevölkerung, die keinen Zugang zu Elektrizität haben, und die meisten von ihnen können sich für die Beleuchtung nur auf Kerosin verlassen. Jemand hat ein Schwerkraft-Energiespeichersystem verwendet und eine Schwerkraftlampe erfunden, die mit nur einem Ziegelstein Energie speichern kann.
An der Schwerkraftlampe hängt ein mit Steinen und Sand gefüllter Sack, der durch die Schwerkraft nach unten gezogen wird, um das Gerät zur Stromerzeugung anzutreiben. Wenn sie 3 Sekunden lang fällt, kann sie 25 Minuten lang Licht erzeugen. Dieses Projekt wird derzeit noch in 25 Regionen der Welt erprobt. Die Kommerzialisierung steht vor der Tür.
8. Energiespeicherung mit gepumptem Wasser
Die Pumpspeicherung ist eine uralte und weit verbreitete Methode der Energiespeicherung, wobei als schweres Objekt natürliches Wasser verwendet wird. Durch die wechselseitige Umwandlung von potenzieller Wasserenergie und elektrischer Energie erfolgt die Energiespeicherung und -umwandlung.
Es verfügt über eine große Speicherkapazität (100-3000 MW), einen hohen Wirkungsgrad (65-85%), eine lange Lebensdauer (40-60 Jahre), und der Energiespeicherkreislauf wird nicht durch Beschränkungen und andere Vorteile beeinträchtigt. Im Jahr 1882 wurde in der Schweiz das erste Pumpspeicherkraftwerk der Welt gebaut. In Zukunft wird die installierte Kapazität von Pumpspeicherkraftwerken weltweit weiter zunehmen.
Allerdings sind Probleme wie die Standortwahl, das Ungleichgewicht zwischen Input und Output und die schwerfälligen Genehmigungsverfahren zu Tage getreten, die die Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken stark einschränken.
9. Zusammenfassung
Die Schwerkraftspeicherung ist eine Form der langfristigen Energiespeicherung. Das künftige Entwicklungspotenzial dieser längerfristigen und groß angelegten Energiespeichertechnologie ist unermesslich. Diese scheinbar neuartigen Energiespeichertechnologien könnten die Welt wirklich verändern. globale Energiespeicherung in naher Zukunft. Wie die kürzlich veröffentlichte Energiespeicherpolitik warnt: Ohne langfristige Energiespeicherung wird die Kohlenstoffneutralität nicht erreicht werden.
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